(57)【要約】  光学的に透過的な基板１０３の表面１０２上に配置された耐摩耗層１０１を有する積層体１００が開示されている。前記層は前記表面から離れる方向に延在する或る材料の空間的に分かれた突起１０４のパターン及び斯かる突起の間に介挿されたシリカ１０５を有する。前記材料は前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する。前記積層体を備えた光学的に透過性の要素を有する装置及び前記積層体を製造する方法も開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体であって、前記耐摩耗層が、前記表面から離れる方向に延びる材料の空間的に分かれた突起のパターンと、これら突起の間に介在されるシリカとを有し、前記材料が前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する、積層体。
【請求項２】
前記突起が、前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は前記露出面から突出する末端を有する、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記突起が前記表面から離れる方向に先細る、請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項４】
前記突起は切頭され、オプションとして、前記先細りは前記突起の最小幅が該突起の最大幅の５％〜６０％の間となるようなものである、請求項３に記載の積層体。
【請求項５】
前記突起が、円錐形状、切頭円錐形状、双曲面形状、角錐形状、切頭角錐形状、ドーム形状及び切頭ドーム形状の少なくとも１つを有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の積層体。
【請求項６】
前記材料が、サファイア、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素及びダイヤモンドから選択された１以上を有する、請求項１ないし５の何れか一項に記載の積層体。
【請求項７】
前記基板がサファイア又はダイヤモンドを有する、請求項１ないし６の何れか一項に記載の積層体。
【請求項８】
前記パターンの周期が１０から３５０nmまでの範囲であり、及び／又は、前記突起の高さが５０から５００nmまでの範囲である、請求項１ないし７の何れか一項に記載の積層体。
【請求項９】
前記耐摩耗層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び前記第２領域が互いに異なる屈折率を有するか、又は、互いに異なる光学干渉特性を有するように、前記第１領域は第１パターンを有する一方、前記第２領域は前記第１パターンとは異なる第２パターンを有する、請求項１ないし８の何れか一項に記載の積層体。
【請求項１０】
前記第１パターン及び前記第２パターンが、互いに異なる形状の突起を有する、請求項９に記載の積層体。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の積層体を備えた光学的に透過的な要素を有する装置であって、オプションとして、前記光学的に透過的な要素が窓ガラス又はスクリーンである、装置。
【請求項１２】
光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体を製造する方法であって、
前記表面上に材料の層を設けるステップと、
前記表面から離れる方向に延びる空間的に分かれた突起のパターンを形成するように前記材料の層を構造化するステップと、
前記パターンに対しシリカを、該シリカが前記突起の間に介在されるように被着するステップと、
を有し、前記材料が前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する、方法。
【請求項１３】
前記構造化するステップが、
前記材料の層上にパターン化エッチマスクを設けるステップであって、該パターン化エッチマスクが前記材料の層の複数の部分を覆うと共に他の部分は覆われないままとするように構造化される、設けるステップと、
前記パターン化エッチマスクを用いて前記材料の層を選択的にエッチングして、前記他の部分が少なくとも部分的に除去され、これにより前記パターンを形成するステップと、
を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターン化エッチマスクを設けるステップが、
前記材料の層上にパターン前駆物質層を設けるステップと、
前記パターン前駆物質層を、パターン化スタンプの凹凸パターンでインプリントするステップと、
前記パターン前駆物質層を前記パターン化エッチマスクへ展開するステップと、
前記パターン化エッチマスクから前記パターン化スタンプを除去するステップと、
を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記被着するステップが、
前記パターンを没させるように前記シリカを堆積するステップと、
前記突起の末端が前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は該露出面から突出するように前記シリカを部分的に除去するステップと、
を有する、請求項１２ないし１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記パターン化スタンプが前記凹凸パターンを備えた可撓性材料を有する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗（abrasion resisting）層を有する積層体及び斯かる積層体を有する装置に関する。本発明は、更に、斯かる積層体を製造する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
窓ガラス又はタッチスクリーン等の光学的界面は、理想的には、耐擦過性（scratch resistant）であると共に低反射率を示すものであろう。耐擦過性は、当該光学的境界面の通常の物質による擦り傷に耐える能力により決まる。１つの斯様な通常の物質は、砂の通常の構成物質であるシリカである。シリカは、ASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されて、800〜900gF・mm-2のヌープ硬度（ＨＫ）を有する。このように、光学的界面がシリカより硬く（即ち、例えば1000gF・mm-2より大きな硬度を有するように）されねばならないとしたなら、該界面は砂による摩耗に耐えることができるであろう。
【０００３】
この問題は、砂（シリカ）、鍵（鋼）等との接触による通常の摩耗を防止するために、ガラスに代えてサファイア等の硬質光学透過性材料を採用することにより対処することができる。しかしながら、材料の硬度の増加は屈折率の増加に一致する傾向がある。両特性は当該材料の密度に関係し、従って、より硬い材料は反射率の増加（従って、より低い透過率）を生じ、このことは明らかに光学的界面としての応用にとり望ましくないからである。例えば、サファイア（HK=2000gF・mm-2）及びダイヤモンド（HK=7000gF・mm-2）等の硬い材料は、各々、１.７８及び２.４の屈折率を有する。例えば、サファイアの高い屈折率は、その反射率がガラスのものの２倍に近いことを意味する。このことは、光が空気から当該光学的界面を介して通過すると共に空気に戻る（このように、反射が該光学的界面に入射及び出射する際の両方で生じる）時計盤面及びタッチスクリーン等の用途において特に不利である。
【０００４】
増加する反射率の問題は、硬質材料（例えば、サファイア）に反射防止コーティングを塗布することにより対処することができるが、これは耐摩耗性を改善することはできない。このようなコーティング（例えば、MgF2(HK=415gF・mm-2)又はポリマ層等）は、該コーティングが塗布される硬質材料より軟らかい傾向があるからである。
【０００５】
他の例として、より軟らかい材料（例えば、ガラス）に、該軟らかい材料を摩耗から保護するために、より硬い保護層を被着させることもできる。該保護層は、例えば環境に曝される光学的界面の表面を保護するために適用することができる。しかしながら、この構成も、当該硬い材料が大気／保護層界面及び保護層／軟材料界面の両方において反射率を増加させ得る（従って、透過度を減少させ得る）という問題を被る。更に、このような硬い層が軟らかい材料上に（例えば、ガラス上に）被着された場合、耐摩耗性は大幅に改善されることはないであろう。斯かる硬い層が、軟らかい材料により不完全にしか支持されない故に、擦過に際して亀裂し得るからである。
【０００６】
反射率を改善（低減）するためのパターン形成（パターン化）された層が示されている。特に、このようなパターン形成された層は、反射率を例えば界面当たり１％未満に低減することができるようにナノ構造化する（数百ナノメートル又はそれ以下の範囲内の寸法を持つ特徴構造から形成する）ことができる。この低減される反射率は、当該凹凸構造が形成された材料及び斯かる凹凸構造の間に介挿される空気の両方を有する当該ナノ構造化された層によるもので、上記空気は当該パターン形成された層の全体の屈折率を空気／パターン形成層界面における反射率を低減することができるように減少させる助けとなる。しかしながら、このようなナノ構造化層は脆弱となる傾向があり、かくして斯かるナノ構造化層は損傷し易い。このような層は、例えば、ナノ寸法の凹凸構造間に挟まり得る皮膚残留物により、当該パターン形成層の光学特性を損なうまで汚染され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体であって、前記層が従来のパターン形成層よりも強靱であまり汚染物質の影響を受けない積層体を提供しようとするものである。
【０００８】
本発明は、更に、前記積層体を有する装置を提供しようとするものである。
【０００９】
本発明は、更に、前記積層体を製造する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、独立請求項に記載される。従属請求項は有利な実施態様を提供する。
【００１１】
一態様によれば、光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体が提供され、前記層は、前記表面から離れる方向に延びる或る材料の空間的に分かれた突起のパターンと、これら突起の間に介在されるシリカとを有し、前記材料は前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する。
【００１２】
本発明は、或る材料の空間的に分かれた突起（凸部）のパターンを有する層は、シリカが前記突起の間に介在（介挿）されると共に前記材料がシリカのヌープ硬度より大きなヌープ硬度を有する限り、良好な耐摩耗特性及び強靱さを示し得るという理解に基づいている。
【００１３】
前記シリカ及び該シリカのヌープ硬度より大きなヌープ硬度を有する材料の効果は、前記層が例えば砂（石英の形態のシリカを含み得る）等による摩耗に耐えるほど十分に硬くなり得るということである。シリカが当該層の硬度に寄与するのと同時に、前記突起の間に介在される該シリカは該層を、例えば突起の間に空気のみが介在されるパターン化された層と比較して、一層機械的に強靱にさせ得る。シリカの存在は、さもなければ突起の間に集まり当該積層体上にシミ／汚れを生じさせ得るような他の物質による該層の汚染を制限又は防止する助けとなり得る。
【００１４】
前記層の反射防止特性に関し、前記シリカは前記層の全体としての屈折率を、例えば全体が前記材料からなるパターン化されていない層に対して更に減少させる。これは、シリカの屈折率が前記材料の屈折率より低い傾向にあるからである（何故なら、前記材料はシリカより硬く、該材料の一層大きな硬度は該材料が一層高い屈折率を有することに合致し得るからである）。前記層の全体の屈折率の斯かる低下の結果、空気／層界面において一層低い反射率が得られる（前記層の全体の屈折率が、シリカにより、空気のものに近くなるように低下されるからである）。前記基板が前記材料より低い屈折率を有するようなシナリオの場合、前記シリカの存在及び、これと同時的な、前記層の全体の屈折率の低下（即ち、前記基板の屈折率に一層密に近付くような）は、更に、層／基板界面における反射率も減少させることができる。
【００１５】
前記突起は、前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は前記露出面から突出する末端（先端）を有することができる。
【００１６】
前記突起の末端が前記シリカの露出面と整列される実施態様において、前記層の機械的強靱さ及び前記層の前記突起の間に集まり得る如何なる汚染物質をも排除する能力は、向上され得る。
【００１７】
一方、前記突起が前記露出面から突出する層は、該層の反射防止特性の点で有益であり得る。このような実施態様においては、前記突起における前記露出面から突出する部分の間に空気が介挿され得る。このように、空気が前記露出面と前記末端との間において当該突起に介在し得る一方、シリカが前記表面と前記露出面との間において当該突起に介在し得る。当該層における空気のせいで、例えば前記突起の間にシリカのみが介在されるような前記末端が前記露出面に整列された層に対して、斯様な層の空気との界面の一層緩やかな屈折率の変化を達成することができる（空気の屈折率は明らかにシリカの屈折率より小さいからである）。当該層の斯かる一層緩やかな屈折率の変化の結果、反射防止機能が改善される一方、該層の露出面の良好な耐擦過特性を維持することができる。これは、例えば砂の粒子、鍵等の金属物体等の衝撃が、前記露出層表面から突出する突起の弾性変形を生じさせ、これにより、斯かる突起の間のシリカ部分を斯かる硬い物体による損傷から保護するからである。
【００１８】
前記突起は、前記表面から離れる方向に先細る（テーパ状となる）ことができる。
【００１９】
該先細り（テーパ付け）突起は、前記層の自身の各界面における特性を調整するために用いることができる。即ち、層／基板界面において、当該突起により覆われる全面積を該界面における当該層の実効屈折率が基板の屈折率と（密に）整合するように選択して該界面における低反射率を達成することができる一方、斯様な一層硬い材料（斯かる材料は、前述したように、典型的に高い屈折率を有する）の面積を層／空気界面において減少させて、該界面における反射率を最小にすることができる。
【００２０】
前記突起は、該突起がテーパ付けされた実施態様においては切頭されたものとすることができる。
【００２１】
テーパ状突起の切頭は、前記層の耐摩耗性／強靱さの特性を向上させることができる。
【００２２】
当該テーパ付けは、切頭された突起の最小幅が該突起の最大幅の５％〜６０％の間となるようなものとすることができる。
【００２３】
当該テーパ付けが、前記最小幅が前記最大幅の５％〜６０％の間となるようなものである場合、前記層は低反射率及び良好な機械的強靱さの両方を示すことができる。
【００２４】
前記突起は、円錐形状、切頭円錐形状、双曲面形状、角錐形状、切頭角錐形状、ドーム形状及び切頭ドーム形状の少なくとも１つを有することができる。
【００２５】
前記材料は、サファイア、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素及びダイヤモンドから選択された１以上を有することができる。
【００２６】
このような材料は、高いヌープ硬度を示すことができると共に、高度に光学的に透過性であり得る（例えば、可視光波長に対して）。
【００２７】
前記基板は、前記層に接触する相対的に高いヌープ硬度（即ち、シリカより高いヌープ硬度）を持つ材料を有することができる。このような基板材料の例は、サファイア及びダイヤモンドを含む。このような材料は、単独の基板材料として、又は積層基板（例えば、ガラス層及び該ガラス層と本発明の実施態様による反射防止層との間の斯様な基板材料を含む層状基板）の一部としての基板材料として配することができる。このような硬い基板材料は、当該基板の耐擦過特性を改善するために益々普及してきているが、前述したように好ましくない反射性の問題を被る。
【００２８】
前記パターンの周期は、１０から３５０nmまでの範囲とすることができる。
【００２９】
３５０nmより小さい前記パターンの周期は、回折等の可視光の干渉現象を制限又は防止し、かくして、当該層を可視光透過性基板の表面を保護するための層としての好適性を向上させる助けとなり得る。１０nmより大きな周期は、良好な（即ち、低い）反射率特性及び機械的強靱さを保証し得る。
【００３０】
前記突起の高さは、５０から５００nmまでの範囲とすることができる。
【００３１】
この範囲内の高さは、前記層の反射防止特性を向上させる助けとなり得る。
【００３２】
前記層は第１領域及び第２領域を有することができ、前記第１領域及び前記第２領域が互いに異なる屈折率を有し、及び／又は互いに異なる光学干渉特性を有するように、前記第１領域は第１パターンを有する一方、前記第２領域は前記第１パターンとは異なる第２パターンを有する。
【００３３】
前記第１及び第２領域の異なる屈折率及び／又は光学干渉特性は、これら領域が例えば裸眼により区別可能となることを可能にし得る。かくして、これら領域の間のコントラストを、例えばロゴ、贋作防止（例えば、“ホログラム”型）マーク、装飾的効果等のモチーフを提供するために用いることができる。
【００３４】
前記第１パターン及び前記第２パターンは、互いに異なる形状の突起を有することができる。
【００３５】
前記突起の形状は、前記層の反射率（従って、透過率）に影響を与え得る。該形状は、更に、反射率に波長の関数として影響を与え得る。従って、前記各領域は、これら各領域から反射される（又は各領域を介して透過される）光の強度及び／又はスペクトル組成（即ち、カラー）に関して、例えば裸眼により区別可能となり得る。
【００３６】
他の態様によれば、ここに記載される実施態様の何れかによる積層体を備えた光学的に透過的な要素を有する装置が提供される。該装置は、例えば、モバイルフォン、タブレットコンピュータ、腕時計、カメラ、窓等であり得る。
【００３７】
前記光学的に透過的な要素は、窓ガラス又はスクリーンとすることができる。
【００３８】
前記窓ガラスは、例えば、強化又は装甲ガラス窓ガラスとすることができ、前記スクリーンは、例えば、タッチスクリーン、液晶表示器等の表示スクリーン、時計盤面等とすることができる。
【００３９】
他の態様によれば、光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体を製造する方法が提供され、該方法は、前記表面上に或る材料の層を設けるステップと、前記表面から離れる方向に延びる空間的に分かれた突起のパターンを形成するように前記層を構造化するステップと、前記パターンに対しシリカを、該シリカが前記突起の間に介在されるように被着するステップと、を有し、前記材料は前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する。
【００４０】
疑義を避けるために、前記或る層を設けるステップは前記基板のものと比較して異なる材料を有する層を設けるステップを必ずしも含むものではないことに留意されたい。例えば、前記基板及び前記材料が共に同一の組成を有し得るような実施態様において、前記或る層を設けるステップは、前記基板の表面層を単に参照するものとなり得る。
【００４１】
前記構造化するステップは、前記層上にパターン化エッチマスクを設けるステップであって、該マスクが前記層の複数の部分を覆うと共に他の部分は覆われないままとするように構造化される、設けるステップと、前記パターン化エッチマスクを用いて前記層を選択的にエッチングして、前記他の部分が少なくとも部分的に除去され、これにより前記パターンを形成するステップとを有することができる。
【００４２】
前記パターン化エッチマスクを設けるステップは、前記層上にパターン前駆物質層を設けるステップと、前記パターン前駆物質層を、パターン化スタンプによりインプリントするステップと、前記パターン前駆物質層を前記パターン化エッチマスクへ展開する（現像する）ステップと、前記パターン化エッチマスクから前記パターン化スタンプを除去するステップとを有することができる。
【００４３】
前記被着するステップは、前記パターンを没させるように前記シリカを堆積するステップと、前記突起の末端が前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は該露出面から突出するように、前記シリカを部分的に除去するステップとを有することができる。
【００４４】
本発明の実施態様は、添付図面を参照して更に詳細に且つ限定するものでない例示として後に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の一実施態様による積層体の断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の他の実施態様による積層体の断面図を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の更に他の実施態様による積層体の断面図を概略的に示す。
【図４】図４は、本発明の更に他の実施態様による積層体の断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施態様によるパターンに関して透過率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａにおけるのと同一のパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の他の実施態様によるパターンに関して透過率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａにおけるのと同一のパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図７】図７は、本発明の一実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図８】図８は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図９】図９は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１２】図１２は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１３】図１３は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１４】図１４は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１５】図１５は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１６】図１６は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１７】図１７は、本発明の他の実施態様によるテーパ状突起を備えたパターンに関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１８】図１８は、本発明の一実施態様による層に関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図１９】図１９は、本発明の他の実施態様による層に関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図２０】図２０は、本発明の他の実施態様による層に関して反射率対波長のシミュレーションされたプロットを示す。
【図２１】図２１は、本発明の一実施態様による積層体を製造する方法を概略的に示す。
【図２２】図２２は、本発明の一実施態様による層を構造化する方法を概略的に示す。
【図２３】図２３は、本発明の一実施態様によるシリカを被着する方法を概略的に示す。
【図２４Ａ】図２４Ａは、直上から見たモールドマスタのパターンの電子顕微鏡画像を示す。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、垂直から４５°の角度で見た図２４Ａにおけるパターンの電子顕微鏡画像を示す。
【図２５Ａ】図２５Ａは、直上から見たモールドマスタの他のパターンの電子顕微鏡画像を示す。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、垂直から４５°の角度で見た図２５Ａにおけるパターンの電子顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施態様を、図面を参照して説明する。
【００４７】
当該詳細な説明及び特定の例は、当該装置、システム及び方法の例示的実施態様を示すものであるが、解説のためのみを意図するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないと理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法の、これら及び他のフィーチャ、態様及び利点は、以下の説明、添付請求項及び添付図面から、より良く理解されるであろう。尚、図面は単なる概略的なものであり、寸法通りには描かれていないと理解されるべきである。また、そうでないと言及されない限り同一又は同様の部分を示すために、全図を通して同様の符号が使用されていると理解されるべきである。
【００４８】
ここで引用される屈折率とは、そうでないと言及されない限り、５８９nmの光波長に基づくものである。しかしながら、このことは本発明の範囲を可視光透過性積層体に限定するものと解釈されるべきではない。
【００４９】
ヌープ硬度は、そうでないと言わない限り、ASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定される。
【００５０】
更に、本発明の耐摩耗層の耐摩耗又は擦過度が参照される場合、斯様な耐摩耗又は擦過度は任意の好適な検査技術を用いて（例えば、適切な寸法のダイヤモンド圧子を用いて）検査することもできると理解されるべきである。限定するものでない例として、このような耐摩耗度は、マイクロ摩擦計上のダイヤモンド針を用いる物質の摩耗硬度のためのASTG G171-03規格検査法を用いて検査することができるが、擦過硬度を決定するための多くの他の検査も当業者にとり容易に利用可能であると理解されるべきである。
【００５１】
パターンの周期は、当該パターンにおける最も近い隣接する突起の中心間の平均距離として定義することができる。
【００５２】
本発明は、或る材料の空間的に分かれた突起のパターンを有する層が、これら突起の間にシリカが介挿されると共に上記材料がシリカのヌープ硬度より大きなヌープ硬度を有する場合、良好な耐摩耗特性及び強靱さと組み合わさった良好な反射特性を示し得るという理解に基づいている。
【００５３】
図１は、光学的に透過的な基板１０３の表面１０２上に上記のような層１０１を有する積層体１００の断面を概略的に示す。層１０１は、或る材料からなる空間的に分かれた突起１０４のパターンを有することができ、これら突起１０４は表面１０２から離れる方向に延在する。シリカ１０５を空間的に分かれた突起１０４の間に介挿することができ、該シリカ１０５の露出面１０７は表面１０２の反対側であり得る。
【００５４】
シリカ１０５は、例えば、800〜900gF・mm-2の相対的に高いヌープ硬度及び約１.４５の屈折率を有することができる。シリカ１０５は、例えば、酸化ケイ素の非晶質及び／又は結晶質形態を有することができる。存在するなら、該結晶質形態（又は複数の形態）は例えば石英を含むことができる。
【００５５】
一実施態様において、前記材料はサファイア、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素及びダイヤモンドから選択された１以上を有することができる。このような材料は、シリカ１０５のヌープ硬度より大きなヌープ硬度を有する。これらの材料は、各々、シリカ１０５より高い屈折率を有することが注記される。
【００５６】
層１０１の耐摩耗性に関して言うと、シリカ１０５のヌープ硬度（HKsil）より大きいヌープ硬度（HKｍ）を有する前記材料は、該層１０１の実効（即ち、全体の）ヌープ硬度（HKeff）が、該層１０１がシリカ（例えば、砂）による摩耗に耐えることができるほど十分に高くなることを保証することができる。例えば、HKeffは１０００〜５０００gF・mm-2（例えば、１０００〜２０００gF・mm-2）の範囲とすることができる。露出面１０７（即ち、層／空気界面）における該層１０１の実効ヌープ硬度（HKeff）は式１により、
【数１】
2019529171.tif 000003
と定義することができ、ここで、Ａｍは（前記材料の面１０７上への投影面積）／（面１０７の全面積）により定義され、Ａsilは（層１０１の表面１０２とは反対側の外側表面上へのシリカ１０５の投影面積）／（該外側表面の全面積）により定義される。
【００５７】
HKm、Ａｍ及びＡsilのうちの１以上を変化させることにより、HKeffを例えば積層体１００の意図する用途に従って調整することができる。例えば、HKmにとり好適な値は１５００〜８０００gF・mm-2の範囲であり得る。更に、シリカ１０５の特定のフィーチャ、例えばシリカ１０５の密度を調整することにより、HKsilを変化させることもできることに注意されたい。
【００５８】
このようにして、HKeffを、例えばシリカ（例えば、砂）による摩耗に耐えるよう十分に高くなるように調整することができる。意図する応用に依存して、HKeffを、例えば積層体１００がシリカより硬い物質による摩耗に耐えるよう十分に高くすることができると同時に、露出される表面層１０７の反射特性を調整する、即ち後に更に詳細に説明するように反射率を最小化することができる。
【００５９】
突起１０４の間のシリカ１０５の介挿は、更に、例えば突起の間に空気だけが介挿されるパターン形成層と比較して、当該層１０１を一層機械的に強靱にさせることができる。シリカ１０５は、更に、当該層１０１に圧縮応力を生じさせるように作用することができる。このことは、例えば、突起１０４の間にシリカ１０５を高い温度で介挿することから生じ得る。シリカ１０５の熱膨張係数（0.5 ppm/K）は例えば基板１０３の熱膨張係数より小さいものであり得るので、当該介挿に後続し得る冷却の結果、基板１０３はシリカ１０５より高い度合いで収縮することになり得る。結果的な圧縮応力は、層１０１を、例えば亀裂に対して一層耐えるよう一層強靱にさせ得る。このことは層１０１の耐摩耗性も支援し得る。斯かる圧縮応力は、印加される引っ張り応力を層１０１が擦過の間に発生される機械的応力に一層良く耐え得るように減少させるよう作用し得るからである。更に、シリカ１０５の存在は、さもなければ突起１０４の間に集まり、当該積層体１００上に跡／汚れが出現するようにさせ得る、他の物質による層１０１の汚染を制限又は防止する助けとなり得る。
【００６０】
層１０１の光学特性に関して述べると、材料のより高い硬度は、より高い屈折率に符合することが既知である。従って、層１０１におけるシリカ１０５の役割は、層１０１の全体としての屈折率（ｎeff）を減少させることである。更に詳細には、後に更に詳細に説明するように、層／空気界面１０７及び層／基板界面１０２におけるシリカの合計面積割合を、これら各界面における所望の光学特性を達成するように、各々、調整することができる。ここで、媒体／層界面における垂直入射反射率（Ｒ）は、層１０１の屈折率（ｎeff）及び該層１０１と接触する媒体（例えば、空気）の屈折率（ｎmed）に依存することに注意されたい。当該式は下記の式２に示される。
【数２】
2019529171.tif 000004
【００６１】
式２を考察すると、ｎeffとｎmedとの間の一層大きな差は、結果として媒体／層界面に一層高い反射率を生じさせることが容易に理解され得る。従って、層１０１の全体の屈折率（ｎeff）を低下させることに関するシリカ１０５の効果の結果、空気／層界面１０７における反射率は一層低くなり得る。このことは、勿論、当該媒体（例えば、空気；ｎmed＝１.００）が層１０１より低い屈折率を有する（このこと、一般的に気体媒体の場合に当てはまり得る）と仮定する。
【００６２】
同様にして、基板１０３が前記材料より低い屈折率を有し得る実施態様において、シリカ１０５の存在及び、これと同時的な、層１０１の全体の屈折率の低下（即ち、基板１０３の屈折率に一層密に近付くような）は、層／基板界面における反射率を更に低減することができる。このように、層１０１は空気／層及び層／基板の両界面において反射率を減少させることができる。
【００６３】
基板１０３は、例えばシリカより高いヌープ硬度を有することができる。例えば、基板１０３は、サファイア、ダイヤモンド等の材料からなることができ、又は、代わりに、該基板が所望の硬度（耐摩耗性）特性を有するように当該層１０１と接触する斯様な材料の表面層を含むことができる。しかしながら、前述したように、斯様な基板１０３（例えば、サファイア）の一層高い硬度は一層高い屈折率に、従って一層劣った反射防止特性に（例えば、ガラスと比較して）該当し得る。従って、このような硬い基板１０３を有する積層体１００に対し、層１０１は該積層体１００の反射防止特性を改善することができる。該層１０１は、硬く、機械的に強靱なものとすることができると共に、前述したように汚染物を除去する助けとなり得る。
【００６４】
図１に示された実施態様において、突起１０４は表面１０２から離れる方向に先細りとなる（テーパ状となる）ことができる。このことは、層／基板界面１０２における層１０１の光学特性が、基板１０３の光学特性と（密に）合致し得る（特に、この界面における層１０１の実効屈折率の基板１０３の屈折率との合致）という利点を有する。例えば、基板１０３が層１０１の前記材料として採用されるものと同一の材料を有する実施態様において、層／基板界面１０２における層１０１の表面は完全に突起１０４から形成することができる。即ち、この界面において突起１０４は互いに接し、かくして、該界面１０２における層１０１の実効屈折率は基板１０３の屈折率と等しくなり、これにより、この界面における反射を最小化する。当業者により容易に理解されるように、突起１０４により画定される層／基板界面１０２における層１０１の表面の合計面積は、この界面における層１０１の実効屈折率と基板１０３の屈折率との間の差を最小にするように調整することができる。言い換えると、界面１０２における突起１０４及びシリカ部分１０５の合計面積を調整することにより、層１０１の実効屈折率を、基板１０３の屈折率と密に整合するように（例えば、基板１０３の屈折率との差を最小にするように）調整することができる。
【００６５】
同時に、このような屈折率の整合は、層／空気界面１０７においても該界面における反射を最小にするために望ましいものである。明らかなことに、空気の屈折率は基板１０３の屈折率より低く、従って、界面１０７における層１０１の実効屈折率と空気の屈折率との間の差を最小にするために、突起１０４により画定される層１０１の露出面の合計面積は、好ましくは、層１０１の露出面の耐摩耗特性を維持しながら該層１０１の露出面と空気との間の屈折率の差が最小にされる程度にまで最小化されるものとし、このことは、当業者により容易に理解されるように、突起１０４の先細りの程度を制御することにより達成することができる。
【００６６】
従って、突起１０４をテーパ付け（テーパリング）する結果、層１０１の反射防止特性が向上し得る。該テーパ付けは、典型的に、層１０１が基板１０３の表面１０２に一層近いほど前記材料を累進的に多く（及び、シリカ１０５を一層少なく）有し得るような、表面１０２から離れる方向におけるものである。前記材料の量が表面１０２から一層遠くへと減少するにつれて、突起１０４の間に介在するシリカ１０５の量は累進的に増加し得る。ここでも、当該材料はシリカ１０５よりも大きな（ヌープ）硬度を有し、従って、該材料はシリカ１０５より高い屈折率を有する傾向にあることに注意されたい。従って、当該テーパ付けの結果、上述した理由により基板１０３の表面１０２に向かって屈折率が累進的に増加するような層１０１が得られる。
【００６７】
一実施態様において、（テーパ状）突起１０４は、円錐形状、切頭円錐形状、双曲面形状、角錐形状、切頭角錐形状、ドーム形状及び切頭ドーム形状を有することができる。
【００６８】
他の限定するものでない例において、突起１０４はテーパ状でないものとすることができる。このような非テーパ状突起１０４は、例えば、円柱状又は多角形状（例えば、立方状）の形状を有する。このような実施態様において、層１０１は表面１０２から末端１０６の方向において相対的に均一な屈折率を有し得る。しかしながら、突起１０４の非テーパ状形状は、このような突起１０４を有する層１０１が、テーパ状突起１０４を有する層１０１に対し、入射光の波長及び／又は入射角の関数として異なる形状（プロファイル）の反射率を示すようにさせる。更に、非テーパ状突起１０４は、例えば末端１０６における耐摩耗性を向上させることができる（テーパ付けがないことは、前記材料の一層多くの量が末端１０６に存在することにつながり得るからである）。
【００６９】
図２は、突起１０４が切頭処理された実施態様による積層体１００の断面を概略的に示している。テーパ状突起１０４の切頭処理は、これら突起１０４が末端１０６に近いほど狭くなる程度を制限することができ、これにより、表面１０２から遠くなるにつれての前記材料（シリカ１０５より大きなヌープ硬度を有する）の量の減少を制限する。従って、切頭突起１０４は、層１０１が表面１０２から遠くなるにつれて一層軟らかくなる程度を制限することができ、これにより、該層１０１の耐摩耗特性を向上させる。切頭の程度は、前述から当業者により容易に理解されるように、層／空気界面１０７（即ち、露出面）における所望の屈折率特性に基づいて選択することができる。
【００７０】
図１及び図２から、突起１０４の末端１０６はシリカ１０５の露出面１０７と整列させることができることが分かる。このような実施態様において、層１０１の機械的堅牢さは、層１０１において突起１０４の末端１０６まで延びるシリカ１０５により向上され得る。更に、層１０１の突起１０４の間に集積し得る如何なる汚染物質をも排除する能力が向上され得る。
【００７１】
一方、図３は突起１０４が露出面１０７から例えば２〜２０nm（より好ましくは５〜１０nm）の量だけ突出した積層体１００の断面を概略的に示している。限定するものでない例による露出面１０７から突出する斯様な突起１０４は、露出面１０７を平坦化するために例えば機械研磨又は化学機械研磨等を用いて該露出面１０７を研磨することにより得ることができ、斯かる研磨の間においてシリカ部分１０５の一部は当該硬質材料の突起１０４の間から摩滅除去され得る。このような層１０１は、末端１０６が露出面１０７に整列する層１０１に対して、改善された反射防止特性を有することができる。このことは、突起の間に空気が存在する突起１０４の上部により画定される第１層及び突起１０４の間にシリカ１０５が存在する上記第１層と基板１０３との間の第２層を備えた２層系を本質的に画定する図３の層１０１の実効屈折率の徐々の変化により理解することができる。従って、上記第１層は、突起１０４の末端間における空気部分がシリカ部分１０５により置換されるような第１層と較べて、空気のものと一層密に整合した実効屈折率を有し、これにより層１０１に潜在的に改善された反射防止挙動をもたらす。層／空気界面における層１０１の実効屈折率が、空気の屈折率に一層密に整合し得るからである。
【００７２】
突起１０４が露出面１０７から突出する実施態様において、当該露出面１０７から突出する部分は、例えば、末端１０６が露出面１０７から過度に遠くに位置されないように０.５より小さなアスペクト比を有することができる。このようにして、露出面１０７から突出する突起１０４に起因する如何なる機械的強靱さの減少及び余り有効でない汚染物の排除も緩和することができる。即ち、砂の粒子又は金属物体（例えば、鍵）等の硬い物体により衝撃を受けた際に、突起１０４の末端は弾性的に変形し得、これにより、当該突起の間の空気で満たされた間隙を、シリカ１０５の下に位置する部分も後に当該物体により接触されるように少なくとも部分的に閉じ、この時点で、当該突起１０４に対する実効圧力は減少すると共に、前記実効硬度が１０４及び１０５の組み合わせにより増加して、層１０１に対する損傷を防止する。ここで、層１０１の光学特性は、突起１０４の周期性及び層１０１の厚さに対する制御により更に制御することができることに注意されたい。例えば、層１０１に入射する光の有効波長に対して周期性を選択することにより、該層１０１の回折特性を制御することができる一方、層１０１に入射する光の有効波長に対して該層１０１の厚さを選択することにより、当業者により容易に理解されるように該層１０１の干渉特性を制御することができる。
【００７３】
図４は、層１０１が第１領域１０８Ａ及び第２領域１０８Ｂを有することができる実施態様を概略的に示し、ここで、第１領域１０８Ａは第１パターンを有する一方、第２領域１０８Ｂは第１パターンとは異なる第２パターンを有する。例えば、パターンの周期、突起１０４の寸法、突起１０４の形状及びシリカ１０５が突起１０４の間に挟まれた空間を満たす割合（前述したような）を含む当該パターンの性質は、層１０１の光学特性に影響を与え得る。層１０１が互いに対して異なるパターンを備えた第１領域１０８Ａ及び第２領域１０８Ｂを有する実施態様においては、パターンの差の結果、２つの領域１０８Ａ／Ｂは、相違する屈折率及び／又は光学的干渉特性により、互いに対して区別可能となる。例えば、２つの領域１０８Ａ／Ｂの反射率の差を、例えば裸眼で識別可能である。代わりに又は加えて、各パターンの周期を、例えば一方の領域が他方の領域よりも可視光に対して大きな回折効果を有するように、異なるものとすることができる。このようにして、領域１０８Ａ／Ｂは互いに異なる回折色／層干渉カラーを示すことができる。干渉挙動の斯様な差は、例えば、裸眼でも識別することができる。
【００７４】
一実施態様において、前記第１パターン及び第２パターンは、互いに異なる形状の突起１０４を有することができる。突起１０４の形状は、領域１０８Ａ／Ｂ又は層１０１の屈折率を部分的に決定することができ、これにより、領域１０８Ａ／Ｂ又は層１０１の反射率（従って、透過度）に影響を与える。突起１０４の形状は、更に、層１０１の反射率に波長の関数として影響を与え得る。従って、異なる領域１０８Ａ／Ｂを持つ積層体１００を設ける結果として、各領域１０８Ａ／Ｂは、例えば裸眼により、各領域１０８Ａ／Ｂから反射される（又は各領域１０８Ａ／Ｂを介して透過される）光の強度及び／又はスペクトル組成（即ち、カラー）に関して識別可能になる。
【００７５】
これらの効果は、例えば、モチーフ（主題）を２つの領域１０８Ａ／Ｂにより提供されるコントラストを用いて作成するために使用することができる。斯かるモチーフは、例えば、ロゴ、贋作防止（例えば、“ホログラム”型）マーク、装飾的効果を提供するために用いることができる。限定するものでない例においては、より複雑なモチーフを、３以上の領域（即ち、３以上のパターン）を用いて作成することができる。
【００７６】
以下、突起１０４の形状及び寸法の両者の影響を図５Ａ／Ｂ、図６Ａ／Ｂ、図７〜図２０を参照して更に詳細に説明するが、これら図は透過率又は反射率対波長のシミュレーションされたプロットを基板１０３上のパターン（図５Ａ／Ｂ、図６Ａ／Ｂ、図７〜図１７）及び積層体１００（シリカ１０５を含む層１０１を有する；図１８〜図２０）に関して示す。これらのシミュレーションされたプロットは、有限時間領域電磁シミュレーション（ＦＤＴＤ）を用いて形成された。当該パターン又は層１０１の反射率／透過率を入射角の関数として決定するために類似の技術を用いることもできるが、これらは、ここでは提示されない。当該計算は、パターン／層１０１の外部の媒体として空気を用いている。即ち、これらの限定するものでない例において、前記材料はサファイア（ｎ＝１.７８）であり、基板はサファイア基板である。当該パターンは空気が突起１０４の間に介挿されているものとして計算された。層１０１（図１８〜図２０）はシリカ１０５が突起１０４に挟まるものとして計算され、これらの特定の限定するものでない例において末端１０６は露出面１０７に整列している。
【００７７】
図５Ａ及び図５Ｂは、各々、透過率対波長及び反射率対波長のプロットを、ドーム状突起１０４（図５Ａ／Ｂの挿絵参照）を有するパターンの限定するものでない例に関して示す。当該パターンの周期は２００nmであり、表面１０２からの突起１０４の高さは１７０nmである。該パターンの透過率は波長に伴い約０.９８５（９８.５％；４００nm）から約０.９５５（９５.５％；７００nm）まで全般的に減少する。予想されるように、該パターンの反射率は波長に伴い約０.０１５（１.５％；４００nm）から約０.０４５（４.５％；７００nm）まで全般的に増加する。
【００７８】
上記は、透過率対波長及び反射率対波長のプロットを、立方形突起１０４を有するパターン（図６Ａ／Ｂの挿絵参照）に関して各々示す図６Ａ及び図６Ｂと比較することができる。この限定するものでない例におけるパターンの周期も２００nmであり、突起１０４の幅は５０nmである。図５Ａ／Ｂにおけるケースとは対照的に、図６Ａ／Ｂのパターンの透過率は波長に伴い全般的に増加し得る（図５Ａ／Ｂにおけるよりも余り一定してではないが）。該増加は約０.９４（９４％；４００nm）から約０.９５５（９５.５％；７００nm）までである。予想され得るように、該パターンの反射率は、これに対応して、波長に伴い約０.０６（６％；４００nm）から約０.０４５（４.５％；７００nm）まで減少する。このように、図５Ａ／Ｂ及び６Ａ／Ｂのパターンを比較すると、テーパ付け突起１０４は結果として一層低い反射率を生じさせ得る（前述したように）。更に、当該シミュレーションは、反射率の波長の関数としての変化は突起１０４の形状に（少なくとも部分的に）依存し得ることを示している。このことは、異なる形状の突起１０４が、層１０１から反射される（又は層１０１を介して透過される）光の強度及びスペクトル組成の調整を可能にすることを示す。図５Ａ／Ｂ及び図６Ａ／Ｂでシミュレーションされた限定するものでない例の場合、前者のパターンは一層長い波長の（即ち、当該スペクトルの赤色領域に向かう）光の一層大きな割合を反射することができる一方、後者は一層短い波長（即ち、当該スペクトルの青色領域に向かう）の一層大きな割合を反射することができる。従って、これらパターンから反射される色調のスペクトル組成（即ち、カラー）は、互いに異なって見え得る。このことは、更に、互いに異なる形状の突起１０４を各々有する２つの領域１０８Ａ／Ｂ（例えば、図４に示された様な）が、各領域１０８Ａ／Ｂから反射される（又は、各領域を介して透過される）光のスペクトル組成に関して、及び反射される（又は透過される）光の強度により、互いに対して区別可能であり得ることを示す。
【００７９】
図７〜図１０は、切頭角錐突起１０４を有するパターン（図７〜図１０の挿絵参照）の限定するものでない例に関する反射率対波長のプロットを示す。これらのパターンは、全て、２００nmの周期、２００nmなる突起１０４の高さ、及び５０nmなる突起１０４の最小幅を有する。これらのパターンは、突起１０４の最大幅、即ち１００nm（図７）、１５０nm（図８）、１７０nm（図９）、１８０nm（図１０）なる最大幅の点で相違する。このように、これらの限定するものでない例における最小幅は、最大幅の約１５％から約３０％まで変化する。図７〜図１０に示されるプロットは、同様のプロファイルを有するが、反射率が突起１０４の最大幅が増加するにつれて、約５〜３.５％（図７）、約１.８〜１.２％（図８）、約１〜０.５５％（図９）、約０.７０〜０.３５％（図１０）のように減少することが分かる。このように、これらのシミュレーションは、反射率の度合いを、例えば突起１０４の最小幅は一定に維持するが最大幅を変化させることにより、即ち、テーパ付けの程度を変化させることにより調整することができることを示す。
【００８０】
図１１〜図１４は、切頭角錐突起１０４を有するパターン（図１１〜図１４の挿絵参照）の限定するものでない例に関する反射率対波長のプロットを示す。これらのパターンは、全て、１８０nmの周期、２００nmなる突起１０４の高さ、及び１９０nmなる突起１０４の最大幅を有する。これらのパターンは、突起１０４の最小幅、即ち２０nm（図１１）、３０nm（図１２）、５０nm（図１３）及び９０nm（図１４）なる最小幅の点で相違する。このように、最小幅は、最大幅の約１５％から約５０％まで変化する。これらプロットのプロファイルは、図７〜図１０に関して観察されるものより大幅に大きな変化を示す。しかしながら、これらパターンの各々は、約０.３０〜１.５％（図１１）、約０.３５〜１.２％（図１２）、約０.１５〜０.７５％（図１３）、約０.２０〜１.８％（図１４）のように低い反射率を示すことができることが分かる。このように、突起１０４の最大幅は一定に維持するが最小幅を変化させることによる反射率の変化は、例えば、反射率が波長の関数としてどの様に変化するかを主に変更することができ、反射率の程度は、特に、突起１０４の寸法のこの範囲においては低いままとなり得る。
【００８１】
一実施態様において、当該テーパ付けは、突起１０４の最小幅が該突起１０４の最大幅の５％〜６０％の間となり得るようなものとすることができる。上記シミュレーション（図７〜図１４）は、テーパ付け突起１０４の最大幅のパーセンテージとしての最小幅が該範囲内に入る場合に当該例示されたパターンの低い反射率特性を示している。この範囲は、更に、層１０１の良好な機械的強靱さも確かなものとすることができる。即ち、テーパ付け突起１０４は、過度に脆弱となり得るほど細くなることがない。加えて、この範囲は、例えば、層１０１の（ヌープ）硬度が末端１０６において耐摩耗性を損なうほど低くなることがないことを保証することができる。
【００８２】
図１５〜図１７は、切頭角錐突起１０４を有するパターン（図１５〜図１７の挿絵参照）の限定するものでない例に関する反射率対波長のプロットを示す。これらのパターンは、全て、２００nmの周期、１９０nmなる突起１０４の最大幅、及び３０nmなる突起１０４の最小幅を有する。これらのパターンは、突起１０４の高さ、即ち１００nm（図１５）、１５０nm（図１６）及び２００nm（図１７）なる高さの点で相違する。図１５〜図１７に示されるプロットは、反射率が波長に伴い全般的に増加するという概ね同様のプロファイルを有している。更に、これらの例からは、反射率が突起１０４の高さが増加するにつれて、約２.０〜４.５％（図１５）、約０.２〜３.０％（図１６）、約０.２〜１.２％（図１７）のように減少し得ることが分かる。これは、テーパ付け突起１０４が一層高くなると一層緩やかな屈折率の勾配（末端に向かって一層低く、表面１０２に向かって一層高い）となることに起因するであろう。
【００８３】
一実施態様において、突起１０４の高さは、５０〜５００nmの範囲とすることができる。この範囲内の高さは、例えば、層１０１の表面１０２から末端１０６までの屈折率の勾配が十分に緩やかになり、かくして、空気／層（及び幾つかの実施態様においては層／基板）界面における屈折率の不連続性を低減又は除去する助けとなり、これにより、反射率を更に減少させる助けとなることを保証することができる。
【００８４】
図１８〜図２０は、間にシリカ１０５が介在された切頭角錐突起１０４を有する積層体１００の限定するものでない例に関する反射率対波長のプロットを示す。これらの限定するものでない例（図１８〜図２０の挿絵参照）において、末端１０６は露出面１０７に整列している。これら層１０１は、全て、２００nmの周期、１９０nmなる突起１０４の最大幅、及び３０nmなる突起１０４の最小幅を備えたパターンを有している。これら層１０１は、突起１０４の高さ、即ち１００nm（図１８）、１５０nm（図１９）及び２００nm（図２０）なる高さの点で相違する。これらのプロットを、シリカ１０５を有さない対応するパターン（図１５〜図１７）と比較すると、各プロファイルは大幅に異なることが分かる。前記パターン（図１５〜図１７）の反射率も、約２.２〜３.６％（図１８）、約２.２〜４.５％（図１９）、約３.０〜４.５％（図２０）なる層１０１に関して観察されるものより幾らか小さい。これは、単に、空気と比較して高い実効屈折率を有するというサファイア及びシリカ１０５の組み合わせ層の一層高い屈折率に起因するものであろう。しかしながら、層１０１は、突起１０４の間に介在されたシリカ１０５を有さない前記パターンよりも、一層高い耐摩耗性、一層大きな強靱さ及び汚染物を排除する能力という利点を有する。
【００８５】
図５Ａ／Ｂ、図６Ａ／Ｂ、図７〜図２０は１８０nm又は２００nmの周期を持つパターンに関して反射率／透過率対波長のプロットを示すものであるが、これは限定しようとするものではない。一実施態様において、当該パターンの周期は１０〜３５０nmの範囲とすることができる。該パターンの周期が３５０nmより小さいことは、回折等の可視光の干渉現象を制限又は防止する助けとなり、従って、可視光透過性基板１０３の表面１０２を保護するための層１０１の好適性を向上させることができる。
【００８６】
他の例において、積層体１００は、当該スペクトルのＵＶ又はＩＲ領域において透過的であることが意図され得る。それに応じて、突起１０４の寸法及び前記パターンの周期を拡縮することができる。例えば、ＵＶ応用例は、ＵＶ波長に対する干渉効果（例えば、回折）を制限又は回避することができるように、例えば１００nm未満の小さな周期を必要とし得る。
【００８７】
一方、積層体１００の意図される用途に依存して、当該周期は、例えば意図される入射光の波長と同様になる又は該波長より大きくなるように調整することができる。このような例において、層１０１は干渉に関係する光学的効果（例えば、回折／層干渉色）を示すことができる。前述したように、層１０１が２つの領域１０８Ａ及び１０８Ｂを有し得る実施態様において、該２つの領域１０８Ａ／Ｂは、互いに異なる回折／層干渉色を示すことができる。これらの効果は、例えば、裸眼により知覚することができ、従って、このような領域１０８Ａ／Ｂを有する層１０１はロゴ、贋作防止（例えば、“ホログラム”型）マーク、装飾的効果等のモチーフを提供するために用いることができる。
【００８８】
ここで、図２１を参照して一実施態様による積層体１００を製造する方法を説明する。ステップ（ａ）において、前記材料の層２０を基板１０３の表面１０２上に設けることができる。図２１は、層２０が基板１０３に対して別個の層であるものを示しているが、基板１０３がシリカ１０５より硬い材料（例えば、サファイア）を有する限り、基板１０３上に他の材料の層を形成する必要はない。このような例においては、層２０を設けるステップは、単に、基板１０３の表面層を指すことができる。
【００８９】
層２０及び基板１０３が組成的に異なる限定するものでない例において、層２０は表面１０２に、化学堆積（例えば、化学蒸着）又は物理堆積（例えば、スパッタリング）等の任意の好適な態様で被着させることもできる。このような方法は、それ自体既知であるので、簡略化のみのために、ここでは更に考察されることはない。ステップ（ｂ）において、層２０を、表面１０２から離れる方向に延びる空間的に分かれた突起１０４のパターンを形成するように構造化することができる。ステップ（ｃ）において、シリカ１０５が突起１０４の間に介挿されるように、シリカ１０５を上記パターンに被着することができる。
【００９０】
層２０を構造化する手段（ステップ（ｂ））は、特に限定されるものではなく、リソグラフ法（リソグラフィ）等の任意の好適な態様を用いて実施することもできることに注意すべきである。このようなリソグラフ法は、例えば、インプリント・リソグラフ法、干渉リソグラフ法、Ｘ線リソグラフ法等を含むことができる。基板１０３及び層２０が同一の組成を有する限定するものでない例においては、ステップ（ｂ）において基板１０３の選択された表面を構造化することができる。
【００９１】
一実施態様において、ステップ（ｂ）における構造化ステップは層２０上にパターン化されたエッチマスクを設けるステップを有することができ、該マスクは、層２０の複数の部分を被覆する一方、他の部分を被覆されないまま残存させるようにパターン化されており、層２０を、該パターン化エッチマスクを用いて選択的にエッチングして、前記他の部分が少なくとも部分的に除去され、これにより前記パターンを形成する。
【００９２】
限定するものでない例において、前記構造化ステップは、例えばフィリップス社により開発されたインプリント・リソグラフィ技術である基板共形インプリント・リソグラフィ（ＳＣＩＬ）等のインプリント・リソグラフィ技術を用いて達成することができる。
【００９３】
図２２は、このようなインプリント・リソグラフィ処理を概略的に示す。ステップ（ｉ）において、パターン前駆物質層３０が層２０上に、例えばスプレーコーティング、インクジェット印刷又はネビュラ／超音波霧発生コーティング（nebula/ultrasonic fog-generated coating）により設けられる。パターン先駆物質層３０は、例えば有機又は無機レジスト前駆物質材料等の任意の好適な材料を有することもできる。このような材料は、それ自身良く知られていると共に広く文献に記載されているので、斯様な材料の組成に関する更なる説明は、簡略化のために省略される。
【００９４】
図２２のステップ（ii）において、パターン前駆物質層３０は、パターン化されたスタンプ４０によりインプリントされる。該パターン化スタンプ４０は、例えば、押し型（スタンプ）パターンを担持した主面を有する弾性スタンプとすることができ、上記押し型パターンは当該パターン前駆物質層３０にインプリントされ、これにより、ステップ（ii）に示されるように該押し型パターンを転写することができる。当該押し型パターンの凹凸構造は、典型的に、例えば数十若しくは数百ナノメートル又は数ミクロンまでの寸法（即ち、幅及び高さ）を有することができる。該押し型パターンの凹凸構造の寸法は、突起１０４の寸法を（少なくとも部分的に）決定することができる。該押し型パターンは互いに異なる２以上のパターンを有することができ、かくして、複数の領域１０８Ａ／Ｂを有する積層体１００を製造することができるようにする。該押し型パターンは、それ自体既知のように、例えば前記パターン化スタンプ４０の少なくとも主面をマスタモールドに形成することによる等の任意の好適な態様で形成することもできる。該パターン化スタンプ４０は、例えば、浸透性のものとすることができると共に、例えばＰＤＭＳ等のポリシロキサン又は８０ＭＰａ（ASTM D1415-06(2012)規格に従い該規格により指示される条件下で剛球を当該ゴム材料に侵入させることによる規格化された硬度試験により決定される）未満等の低ヤング率を持つ他のゴム状材料等の如何なる好適な弾性材料から形成することもできる。該パターン化スタンプ４０は、バルク材料から形成することができるか、又は互いに異なるヤング率の層で構成することもできる。このようなパターン化スタンプ４０は、それ自体良く知られているので、ここでは簡略化のみのために更に考察されることはない。
【００９５】
図２２のステップ（iii）において、前記パターン前駆物質層３０はパターン化エッチマスク５０へと展開（現像）される。このことが、図２２においては、パターン前駆物質層３０を示すために使用される充填模様の変化により示されている。このことは、例えば、パターン前駆物質層３０を硬化させることにより達成することができる。この硬化は、例えば、パターン前駆物質層３０をパターン化スタンプ４０によりインプリントする結果として生じ得る。オプションとして、例えば熱及び／又はＵＶ放射等の刺激の付与を、硬化を実施するために用いることもできる。このようなパターン前駆物質層３０（例えば、有機又は無機レジスト前駆物質材料を有する）を硬化させる手段は、それ自体良く知られているので、ここでは簡略化のみのために更に説明されることはない。
【００９６】
図２２のステップ（iv）において、前記パターン化スタンプ４０を当該パターン化されたエッチマスク５０から外すことができる。
【００９７】
図２２のステップ（ｖ）において、パターン化エッチマスク５０を用いて、前記パターンを前記他の部分（該パターン化エッチマスクにより覆われていない）が少なくとも部分的に除去されるように層２０を選択的にエッチングすることにより形成することができ、これにより該パターンを形成する。例えば、反応性イオンエッチング（サファイア等の硬質材料の表面をエッチングするために採用することができる）等の、層２０をエッチングする手段は、それ自体良く知られているので、ここでは簡略化のみのため更に考察されることはない。
【００９８】
パターン化エッチマスク５０は、オプションとして、上記エッチング処理に続いて除去することができる（図２２には示されていない）。このことは、例えば、それ自体良く知られているように、パターン化エッチマスク５０を適切な溶媒に溶解させることにより実施することができる。
【００９９】
図２３は、一実施態様によるシリカ１０５を被着させるステップを概略的に示す。図２３のステップ（ｉ）において、シリカ１０５を、前記パターンを没させるようなシリカ被覆層６０が形成されるように堆積させることができる。シリカ１０５を堆積させる手段は、特に限定されるものではなく、例えば、プラズマ強化（PE-CVD）又は低圧（LP-CVD）化学蒸着等の化学蒸着（ＣＶＤ）を有することができる。このような堆積処理の間において採用される条件は、例えば、シリカ１０５の密度を適合させるために調整することができ、これにより、例えばＨＫsil及びｎsilに対するある程度の制御が発揮されることを可能にする。当該堆積条件は、上昇された温度を必要とし得る。例えば、基板１０３（例えば、サファイア；CTE = 8 ppm/K）に対するシリカ１０５（0.5 ppm/K）の一層低い熱膨張係数は、冷却（例えば、堆積に続く）の間において基板１０３がシリカ１０５より大きな度合いで収縮し得るようなものであり得る。
【０１００】
特に有利な実施態様において、層１０１はシリカの堆積の後に少なくとも約１１５０℃の温度まで焼き鈍すことができ、当該シリカは該温度において該シリカ内の応力（歪）が解放されるような流動特性を得る。この結果、密な歪のないシリカが得られる。続く室温までの冷却は、当該シリカに対し圧縮応力が付与されることを保証する。結果的な圧縮応力は、層１０１を一層強靱に（例えば、亀裂に対して一層耐性に）、且つ、摩耗に対して一層大きな復元力を備えるものとさせることができる。このような好適な堆積方法自体が既知であることを考慮して、これらの方法は、ここでは簡略化のみのために更に考察されることはない。
【０１０１】
前記シリカの被覆層６０には、次いで、薄化処理（例えば、エッチング）を施すことができ、該処理によりシリカ１０５を部分的に除去することができる。これは、例えば、湿式、乾式及び機械式研磨技術のうちの１以上を用いて達成することができる。余分な無機材料（例えば、シリカ）を除去する斯様な技術自体は良く知られている。シリカ１０５の該部分的除去ステップは、突起１０４の末端１０６が、表面１０２とは反対側のシリカ１０５の露出面１０７と整列するか、又は前述したように且つ限定するものでない例として図２３に示されるように露出面１０７から突出するようなものであり得る。
【０１０２】
上記から、当該構造化がパターン化エッチマスク５０を用いて実行される実施態様においては、当該パターンがパターン化スタンプ４０に由来することが明らかであろう。このようなパターン化スタンプは、例えば、それ自体良く知られているように、３Ｄ構造が制御されるマスタモールドから製造することができる。図２４Ａ／２４Ｂ及び図２５Ａ／Ｂは、このようなマスタモールドの限定するものでない例の電子顕微鏡画像を示す。これらの例において、マスタモールドはエッチングされたシリコンから形成され（これらの構造を形成するために使用される初期エッチマスクも、これらの図に存在する）、当該パターンは１８０nmの周期を有している。図２４Ｂ及び図２５Ｂに示される（垂直から約４５°の角度から見た）異なるパターンから、当該マスタモールドの凹凸構造の周期、幅及び形状を変化させることができることが分かる。このように、突起１０４の周期、形状／寸法、従って層１０１の材料の堆積率（ｖｆｍ）は、（少なくとも部分的に）当該マスタモールドにより決定することができる。
【０１０３】
尚、開示された実施態様に対する他の変形例は、当業者によれば、請求項に記載された本発明を実施するに際して図面、本開示及び添付請求項の精査から理解し、実施することができる。また、請求項において、“有する”なる文言は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２−１】
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【図２２−２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年3月29日(2018.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体であって、前記耐摩耗層が、前記表面から離れる方向に延びる材料の空間的に分かれた突起のパターンと、これら突起の間に介在されるシリカとを有し、前記材料が前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有し、
前記突起が、前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は前記露出面から突出する末端を有する、積層体。
【請求項２】
前記突起が前記表面から離れる方向に先細る、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記突起は切頭され、オプションとして、前記先細りは前記突起の最小幅が該突起の最大幅の５％〜６０％の間となるようなものである、請求項２に記載の積層体。
【請求項４】
前記突起が、円錐形状、切頭円錐形状、双曲面形状、角錐形状、切頭角錐形状、ドーム形状及び切頭ドーム形状の少なくとも１つを有する、請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項５】
前記材料が、サファイア、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素及びダイヤモンドから選択された１以上を有する、請求項１ないし４の何れか一項に記載の積層体。
【請求項６】
前記基板がサファイア又はダイヤモンドを有する、請求項１ないし５の何れか一項に記載の積層体。
【請求項７】
前記パターンの周期が１０から３５０nmまでの範囲であり、及び／又は、前記突起の高さが５０から５００nmまでの範囲である、請求項１ないし６の何れか一項に記載の積層体。
【請求項８】
前記耐摩耗層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び前記第２領域が互いに異なる屈折率を有するか、又は、互いに異なる光学干渉特性を有するように、前記第１領域は第１パターンを有する一方、前記第２領域は前記第１パターンとは異なる第２パターンを有する、請求項１ないし７の何れか一項に記載の積層体。
【請求項９】
前記第１パターン及び前記第２パターンが、互いに異なる形状の突起を有する、請求項８に記載の積層体。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の積層体を備えた光学的に透過的な要素を有する装置であって、オプションとして、前記光学的に透過的な要素が窓ガラス又はスクリーンである、装置。
【請求項１１】
光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体を製造する方法であって、
前記表面上に材料の層を設けるステップと、
前記表面から離れる方向に延びる空間的に分かれた突起のパターンを形成するように前記材料の層を構造化するステップと、
前記パターンに対しシリカを、該シリカが前記突起の間に介在されるように被着するステップと、
を有し、前記突起が、前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は前記露出面から突出する末端を有し、前記材料が前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する、方法。
【請求項１２】
前記構造化するステップが、
前記材料の層上にパターン化エッチマスクを設けるステップであって、該パターン化エッチマスクが前記材料の層の複数の部分を覆うと共に他の部分は覆われないままとするように構造化される、設けるステップと、
前記パターン化エッチマスクを用いて前記材料の層を選択的にエッチングして、前記他の部分が少なくとも部分的に除去され、これにより前記パターンを形成するステップと、
を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターン化エッチマスクを設けるステップが、
前記材料の層上にパターン前駆物質層を設けるステップと、
前記パターン前駆物質層を、パターン化スタンプの凹凸パターンでインプリントするステップと、
前記パターン前駆物質層を前記パターン化エッチマスクへ展開するステップと、
前記パターン化エッチマスクから前記パターン化スタンプを除去するステップと、
を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記被着するステップが、
前記パターンを没させるように前記シリカを堆積するステップと、
前記突起の末端が前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は該露出面から突出するように前記シリカを部分的に除去するステップと、
を有する、請求項１１ないし１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記パターン化スタンプが前記凹凸パターンを備えた可撓性材料を有する、請求項１３に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月2日(2018.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体であって、前記耐摩耗層が、前記表面から離れる方向に延びる材料の１０から３５０nmまでの範囲の周期を持つ空間的に分かれた突起のパターンと、これら突起の間に介在されるシリカとを有し、前記材料が前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有し、
前記突起が、前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は前記露出面から突出する末端を有する、積層体。
【請求項２】
前記突起が前記表面から離れる方向に先細る、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記突起は切頭され、オプションとして、前記先細りは前記突起の最小幅が該突起の最大幅の５％〜６０％の間となるようなものである、請求項２に記載の積層体。
【請求項４】
前記突起が、円錐形状、切頭円錐形状、双曲面形状、角錐形状、切頭角錐形状、ドーム形状及び切頭ドーム形状の少なくとも１つを有する、請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項５】
前記材料が、サファイア、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素及びダイヤモンドから選択された１以上を有する、請求項１ないし４の何れか一項に記載の積層体。
【請求項６】
前記基板がサファイア又はダイヤモンドを有する、請求項１ないし５の何れか一項に記載の積層体。
【請求項７】
前記突起の高さが５０から５００nmまでの範囲である、請求項１ないし６の何れか一項に記載の積層体。
【請求項８】
前記耐摩耗層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び前記第２領域が互いに異なる屈折率を有するか、又は、互いに異なる光学干渉特性を有するように、前記第１領域は第１パターンを有する一方、前記第２領域は前記第１パターンとは異なる第２パターンを有する、請求項１ないし７の何れか一項に記載の積層体。
【請求項９】
前記第１パターン及び前記第２パターンが、互いに異なる形状の突起を有する、請求項８に記載の積層体。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の積層体を備えた光学的に透過的な要素を有する装置であって、オプションとして、前記光学的に透過的な要素が窓ガラス又はスクリーンである、装置。
【請求項１１】
光学的に透過的な基板の表面上に配置された耐摩耗層を有する積層体を製造する方法であって、
前記表面上に材料の層を設けるステップと、
前記表面から離れる方向に延びる１０から３５０nmまでの範囲の周期を持つ空間的に分かれた突起のパターンを形成するように前記材料の層を構造化するステップと、
前記パターンに対しシリカを、該シリカが前記突起の間に介在されるように被着するステップと、
を有し、前記突起が、前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は前記露出面から突出する末端を有し、前記材料が前記シリカのヌープ硬度より大きなASTM E384ヌープ硬度規格に従って測定されたヌープ硬度を有する、方法。
【請求項１２】
前記構造化するステップが、
前記材料の層上にパターン化エッチマスクを設けるステップであって、該パターン化エッチマスクが前記材料の層の複数の部分を覆うと共に他の部分は覆われないままとするように構造化される、設けるステップと、
前記パターン化エッチマスクを用いて前記材料の層を選択的にエッチングして、前記他の部分が少なくとも部分的に除去され、これにより前記パターンを形成するステップと、
を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターン化エッチマスクを設けるステップが、
前記材料の層上にパターン前駆物質層を設けるステップと、
前記パターン前駆物質層を、パターン化スタンプの凹凸パターンでインプリントするステップと、
前記パターン前駆物質層を前記パターン化エッチマスクへ展開するステップと、
前記パターン化エッチマスクから前記パターン化スタンプを除去するステップと、
を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記被着するステップが、
前記パターンを没させるように前記シリカを堆積するステップと、
前記突起の末端が前記表面とは反対側の前記シリカの露出面と整列する又は該露出面から突出するように前記シリカを部分的に除去するステップと、
を有する、請求項１１ないし１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記パターン化スタンプが前記凹凸パターンを備えた可撓性材料を有する、請求項１３に記載の方法。
【国際調査報告】
2019529171.tif 000035
2019529171.tif 000036
2019529171.tif 000037